Автоматическое согласующее устройство КВ трансивера

При построении антенн для работы на КВ стараются получить резонанс в центре одного или нескольких любительских диапазонов . При этом желательным условием является значение сопротивления антенны на этих частотах близкое к волновому сопротивлению кабеля , питающего антенну . При смещении рабочей частоты относительно расчетной , сопротивление антенны изменяется , вызывая рассогласование выходного каскада передатчика .   Работа с несогласованной нагрузкой приводит к различным неприятным эффектам от паразитных излучений до выхода из строя выходного каскада .

Для согласования с нагрузкой применяют различные согласующие устройства на базе П-образных или Г-образных LC цепей . При этом все элементы согласующего устройства имеют возможность изменять номинальное значение . При правильном выборе значений элементов происходит трансформация
сопротивления нагрузки в сопротивление выходного каскада . Однако вручную настроить согласующее устройство бывает довольно трудно т.к. обычно КВ трансивер имеет на выходе измеритель КСВ с одновременным отображением только одной величины (например падающей волны) . Для
отображения отраженной волны нужно переключать измерительный прибор . Процедура настройки превращается в сложную головоломку со множеством  манипуляций .

Описываемое ниже устройство полностью автоматизирует процесс согласования выходного каскада передатчика с нагрузкой . Время настройки составляет 8 сек .

Высокочастотная часть устройства представляет собой измеритель падающей и отраженной волны , Г-образное LC звено и элементы коммутации .

Измеритель падающей и отраженной волны не имеет особенностей и может быть выполнен по любой схеме , применяемой для измерения КСВ .

Элементы коммутации представляют собой транзисторные каскады , управляющие включением высокочастотных реле К1-К17 . 

Согласование сопротивления происходит при помощи Г-образного LC звена состоящего из переменной индуктивности , включенной последовательно с выходом передатчика и переменной емкости , которая при помощи реле К9 может быть включена параллельно выходу либо до индуктивности , либо после .
В первом случае такое звено можно применять для согласования с низким сопротивлением , во втором случае для согласования с высоким сопротивлением нагрузки . Номиналы соседних элементов LC звена отличаются в
2 раза . Это позволяет при использовании 16 реле получить 256 значений индуктивности в диапазоне 0-20мкГ и 256 значений емкости в диапазоне 0-1280 пф . Если питание на устройство не подано , все реле обесточены ,
ВЧ сигнал без изменения проходит на выход (функция "обход") .

Управляющая часть устройства выполнена на базе однокристального контроллера АТ89с2051 . В процессе согласования , контроллер измеряет напряжение падающей и отраженной волны , вычисляет КСВ , производит перебор значений индуктивности и емкости по специальному алгоритму , отображает значение КСВ на светодиодных индикаторах в диапазоне 1.1-3.0 в процессе и по окончении согласования .

На микросхеме D3 выполнен коммутатор падающей и отраженной волны . В регистры D1,D2 записывается двоичный код , пропорциональный значению емкости и индуктивности . Управление согласующим устройством осуществляется при помощи 5-ти кнопок . Кнопка "LOAD" запускает процесс согласования . При этом передатчик должен быть включен в режиме излучения несущей . Кнопки "CU" и "CD" позволяют увеличивать или уменьшать значение емкости . Кнопки "LU" и "LD" позволяют увеличивать или уменьшать значение индуктивности .

Светодиодные индикаторы отражают процесс согласования . Светодиод "1.1" будет светиться , если значение КСВ превышает величину 1.1 . Светодиод "1.5" будет светиться , если значение КСВ превышает величину 1.5 , и так далее до значения КСВ , превышающего величину 3.0 . Светодиод "HI/LO" отражает состояние реле К9 . Если светодиод светится , значит емкость подключена до индуктивности . Это соответствует схеме согласования низкого сопротивления нагрузки . Конструкция согласующего устройства определяется проходящей мощностью . При мощности меньше 50 вт , можно ограничиться разделением корпуса устройства на отсеки при помощи перегородок . При мощности 100вт и более , необходимо обеспечить полное экранирование отсеков . Плату управления нужно поместить дополнительно в металлический экран . Провода управления от транзисторных ключей к реле нужно подводить при помощи проходных конденсаторов . То же касается напряжения прямой и отраженной волны снимаемого с диодов V1,V2 и подаваемого из отсека А1 в отсек А2 . Сигналы UF,UB , подаваемые на одноименные входы платы управления должны быть проложены экранированным проводом . Напряжение +12в , для питания реле должно подаваться через проходной конденсатор и последовательно включенный дроссель . Управляющие сигналы от платы управления подключаются к соответствующим транзисторным ключам V20...V36 . Индуктивности и емкости на схеме имеют обозначение соответствующее управляющим сигналам (0С-7С,0L-7L) . Сигнал HI/LO используется для переключения реле К9 . Трансформатор Т1 измерителя намотан на ферритовом кольце марки 400НН диаметром 10-12мм и содержит 20 витков парой скрученного провода ПЭЛШО 0.15 . Первичная обмотка представляет собой проводник от входного разъема , пропущенный сквозь центральное отверстие трансформатора . В случае необходимости количество витков вторичной обмотки подбирается таким образом , чтобы при прохождении максимальной мощности , напряжение падающей или отраженной волны не превышало значения 5в. Для коммутации элементов можно применить подходящие по мощности ВЧ реле , например РПВ 2/7 .

При мощности около 100вт можно использовать индуктивности выполненные на ферритовых кольцах марки 50ВЧ , диаметром 30мм . Намотка ведется проводом ПЭВ диаметром 0.8мм .

L1 - 28 вит  L2 - 18вит
L3 - 12 вит  L4 - 8 вит
L5 - 5 вит    L6 - 4 вит
L7 - 3 вит    L8 - 2 вит

Витки катушек L7,L8 расположены внизу , витки на остальных катушках нужно равномерно распределить по длине кольца . Конденсаторы С5-С12 подбираются с точностью 10 % , при необходимости можно использовать параллельное соединение для получения нужной емкости . Рабочее напряжение конденсаторов желательно не менее 500в. Весь монтаж нужно выполнить с учетом минимально возможной длины всех соединений .

Настройка согласующего устройства начинается с измерителя падающей и отраженной волны . Для этого активную нагрузку 50 ом нужно подключить на выход устройства . Подавая на вход ВЧ сигнал , нужно при помощи конденсатора С1 добиться минимального значения напряжения на выходе UB .   Затем поменяв местами нагрузку и источник сигнала , подстройкой С1 нужно добиться минимального напряжения на выходе UF .

Настройка платы управления заключается в калибровке измерителя напряжения . Для этого нужно удерживая нажатой кнопку "LU" , включить питание . Запускается режим калибровки . На вход "UF" подается напряжение 2.5в измеренное точным прибором . Резистор R2 должен быть заменен подстроечным резистором на 220кОм . Резистор R1 устанавливается в среднее положение . Регулировкой R2 нужно добиться погасания всех светодиодов . Желательно проконтролировать длительность положительных импульсов в этот момент на выв.14 D4 . Она должна составлять 256 мКс . Измерив сопротивление R2 , нужно заменить его на постоянный резистор ближайшего номинала и повторить настройку , регулируя R1 . От качества элементов С1,R1-R3 во многом зависит точность измерения напряжения . В качестве С1 желательно применить конденсатор марки КМ5 номиналом 1800-2000 пф или параллельное соединение конденсаторов с разным ТКЕ .

Для проверки реле используется специальный тестовый режим . Для его запуска нужно удерживая нажатой кнопку "LOAD" , включить питание . Последующие нажатия этой кнопки будут вызывать последовательное срабатывание всех реле .

Аналогичная процедура включения с кнопкой "LD" обесточивает все реле и запускает циклическое измерение КСВ и отображение его на светодиодах .

Источник питания для данной схемы может быть выполнен по любой схеме . По цепи +5в потребление составляет около 30 ма , без светодиодов 5-10ма . По цепи +12в потребление зависит от применяемых реле и может составлять 200-300мА .

Данное устройство можно применить для дистанционного согласования нагрузки , например разместить его непосредственно в точке питания антенны . В этом случае светодиоды и кнопки не используются . Вместо них на вход "CD" (вывод 3 D4) устанавливается перемычка на корпус . Процедура согласования в этом случае запускается подачей питания на схему . Контроллер выполняет согласование и блокируется . Очередное согласование выполняется путем кратковременного (2-4 сек.) отключения питания . Питание на согласующее устройство можно подать по антенному кабелю , применив соответствующие развязывающие цепи .

Евгений Александрович Попов (RW6HRY)
356350 Ставропольский кр.
с.Новоселицкое
ул Степная 3
e-mail: e373@aport.ru
e-mail: rw6hry@qrz.ru